【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，尤其涉及一种18cr2ni4wa齿轮钢及其制备方法。
技术介绍
1、当前，煤电仍占据全球发电量的大约一半，这使得煤电行业的绿色转型变得尤为关键。在煤电产业链中，采煤业作为重要的上游产业，对于实现煤电行业的减碳目标具有举足轻重的贡献。在采煤作业中，齿轮作为核心组件之一，承受着巨大的载荷冲击。由于采煤现场的环境恶劣，齿轮表面往往附着煤粒、粉尘等颗粒物，这些颗粒不仅会导致磨粒磨损，还会进一步加剧齿轮的服役条件恶化。
2、为了应对这一挑战，行业内普遍采用渗碳处理技术来提高齿轮钢的综合性能。专利技术专利cn109321739a公开了一种大渗层重载齿轮的热处理加工工艺，通过将齿轮加热至915℃-945℃渗碳保温175h-232h来增加有效硬化层深度。专利技术专利cn113234998a公开了一种nb-ti微合金化耐高温渗碳齿轮钢及其制造方法，通过原材料nb-ti微合金化来解决高温渗碳过程奥氏体晶粒粗化的问题，缩短渗碳热处理工艺时间，以降低能耗。专利技术专利cn117758199a公开了一种重载齿轮用钢的高温渗碳双淬火工艺方法，通过高温渗碳结合两次淬火来细化奥氏体晶粒。然而，仅渗碳工艺仍不能满足18cr2ni4wa齿轮钢对硬化层厚度和表层强韧性的要求，急需开发节约型高性能新加工方法，从而显著提高18cr2ni4wa齿轮钢的使用寿命。这样不仅能够确保采煤作业的高效稳定运行，还有助于推动煤电行业的绿色化进程，为实现碳达峰和碳中和目标做出积极贡献。
技术实现思路
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2、本专利技术的第一个目的是提供一种18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将18cr2ni4wa齿轮钢原料依次进行熔炼、锻造、正火、回火、尺寸加工和退火，得到坯料；所述18cr2ni4wa齿轮钢原料的化学成分组成及其质量百分比为：c 0.15％-0.18％、cr 1.45％-1.63％、si 0.22％-0.35％、mn 0.37％-0.58％、w 0.82％-1.05％、ni4.16％-4.25％、p 0-0.010％、s 0-0.008％，余量为其他不可避免的杂质和铁；
4、s2、对s1得到的坯料进行渗碳处理，得到重载齿轮用钢；
5、s3、对s2得到的重载齿轮用钢进行高温回火处理；
6、s4、对s3得到的重载齿轮用钢进行碳氮共渗处理；
7、s5、对s4得到的重载齿轮用钢进行冷处理和低温回火处理，得到所述的18cr2ni4wa齿轮钢。
8、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述熔炼的温度为1510℃-1530℃；所述熔炼的设备为电弧炉或真空感应炉。
9、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述锻造的锻造比不低于3.2。
10、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述正火的温度为940℃-980℃，时间为5h-10h；所述回火的温度为650℃-690℃，时间为3h-7.5h；所述退火的温度为200℃-400℃，时间为3h-5h。
11、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述渗碳处理的温度为915℃-935℃，碳势为1.2wt％-1.4wt％，时间为100h-205h。
12、在本专利技术的一个实施例中，在s3中，所述高温回火处理的温度为640℃-690℃，时间为3h-7.5h，次数为2次。
13、在本专利技术的一个实施例中，在s4中，所述碳氮共渗处理的温度为830℃-920℃，碳势为1.0wt％-1.2wt％，氨气流量为4l/min-6l/min，时间为10h-30h。
14、在本专利技术的一个实施例中，在s5中，所述冷处理的温度为-100℃至-70℃，时间为2h-3h。
15、在本专利技术的一个实施例中，在s5中，所述低温回火处理的温度为180℃-250℃，时间为3h-8h。
16、本专利技术的第二个目的是提供一种所述的方法制备的18cr2ni4wa齿轮钢。
17、本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
18、(1)本专利技术所述的制备方法将渗碳处理和碳氮共渗处理相结合，可以提高表层碳浓度，促进更多的碳化物形成。此外，渗碳-碳氮共渗复合处理后氮原子的引入能够增强马氏体的稳定性，18cr2ni4wa齿轮钢表层形成了含氮马氏体，含氮马氏体中氮原子具有固溶强化的效果，引起晶格畸变，阻碍位错运动，提高材料的强度和硬度。
19、(2)本专利技术所述的制备方法将渗碳处理和碳氮共渗处理相结合，一定程度上克服了仅碳氮共渗工艺渗层硬度虽高但渗层较浅，以及仅渗碳工艺渗层虽硬化深度大但表面硬度较低的缺点。碳氮共渗处理后直接油冷至室温可以在简化工艺流程的情况下获得全马氏体组织，确保获得较高的强韧性组合。
20、(3)本专利技术所述的制备方法采用的冷处理的温度是根据18cr2ni4wa齿轮钢的成分精心设计的，其目的在于确保硬化层中奥氏体含量精准控制在7％-10％范围内，旨在通过适量保留奥氏体来提高硬化层的塑性和韧性，延长18cr2ni4wa齿轮钢的使用寿命。
21、(4)本专利技术所述的18cr2ni4wa齿轮钢的有效硬化层厚度为5.50mm-5.75mm，表面硬度为65hrc-68hrc，表层抗拉强度为2146mpa-2185mpa，表层屈服强度为1553mpa-1587mpa，断后伸长率为4.2％-4.5％，冲击功为83j-88j。
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1.一种18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S1中，所述熔炼的温度为1510℃-1530℃。
3.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S1中，所述锻造的锻造比不低于3.2。
4.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S1中，所述正火的温度为940℃-980℃，时间为5h-10h；所述回火的温度为650℃-690℃，时间为3h-7.5h；所述退火的温度为200℃-400℃，时间为3h-5h。
5.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S2中，所述渗碳处理的温度为915℃-935℃，碳势为1.2wt％-1.4wt％，时间为100h-205h。
6.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S3中，所述高温回火处理的温度为640℃-690℃，时间为3h-7.5h，次数为2次。
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8.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S5中，所述冷处理的温度为-100℃至-70℃，时间为2h-3h。
9.根据权利要求1所述的18Cr2Ni4WA齿轮钢的制备方法，其特征在于，在S5中，所述低温回火处理的温度为180℃-250℃，时间为3h-8h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的方法制备的18Cr2Ni4WA齿轮钢。
...【技术特征摘要】
1.一种18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，其特征在于，在s1中，所述熔炼的温度为1510℃-1530℃。
3.根据权利要求1所述的18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，其特征在于，在s1中，所述锻造的锻造比不低于3.2。
4.根据权利要求1所述的18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，其特征在于，在s1中，所述正火的温度为940℃-980℃，时间为5h-10h；所述回火的温度为650℃-690℃，时间为3h-7.5h；所述退火的温度为200℃-400℃，时间为3h-5h。
5.根据权利要求1所述的18cr2ni4wa齿轮钢的制备方法，其特征在于，在s2中，所述渗碳处理的温度为915℃-935℃，碳势为1.2wt％-1.4wt％，时间为100h-205h。
...【专利技术属性】
技术研发人员：薛雨，陈其源，李超，王晓南，袁岳东，陈科，陈烜，张庆宇，杨菲菲，
申请(专利权)人：常熟天地煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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